基于改进ESO的反馈线性化四旋翼无人机姿态控制

针对四旋翼飞行器非线性、强耦合的特性以及存在建模误差和未知扰动下姿态控制问题,提出了一种改进自抗扰控制方案。利用反馈线性化方法将无人机姿态动力学模型转化为线性模型,减少了小扰动假设带来的系统误差;改进了扩张状态观测器(ESO)的结构,使其能同时利用角度和角速度的测量信息,提高了其对时变扰动的估计精度;基于改进ESO完成了自抗扰控制器的设计并证明了该控制系统的稳定性。仿真实验结果表明,基于改进ESO的自抗扰控制器具有更强的抗干扰性和鲁棒性。     

一种教学用四旋翼无人机系统的设计

设计了一种可用于教学的四旋翼无人机系统,重点介绍了系统框架结构、硬件电路和软件算法.所设计系统可作为无人机应用技术专业装调维修及飞控类课程硬件平台,也可为无人机算法验证提供硬件支撑.经实践验证,所设计四旋翼无人机结构简单、调试组装方便、运行稳定且成本较低,具有一定的推广价值.     

小型四旋翼飞行器新型非线性PID姿态控制器设计

针对小型四旋翼飞行器姿态控制问题,设计了一种新型非线性PID姿态控制器。针对传统PID的不足,通过引入两个跟踪微分器以及误差反馈的非线性组合构成非线性PID,并结合简化的小型四旋翼飞行器数学模型,提出了一种基于新型非线性PID姿态控制方法。仿真结果表明,所设计的控制器具有较强的鲁棒性、抗干扰性以及良好的滤波性能,系统具有良好的动态和稳态性能。由于保留了传统PID优点,设计简单,对实际工程具有较大的指导价值。     

基于视觉的小型四旋翼无人机自主飞行控制

提出为实现小型四旋翼无人机自主飞行控制,设计一种基于视觉的飞行控制方法,并搭建嵌入式控制架构飞行试验平台。在控制过程中,光流信息与姿态角信息进行融合用于估计无人机水平位置信息,利用获取到的水平位置信息作为内外环结构的比例微分积分(Proportion integration differentiation,PID)控制器外环反馈信息。不同于传统的基于地面站的控制架构试验平台,该飞行系统中采用了一个嵌入式控制架构的试验平台。该平台依靠机载嵌入计算机进行光流计算、运动状态估计,并采用机载飞行控制器执行控制算法。这种嵌入式控制架构工程实现难度高,但更利于实现四旋翼无人机的全自主飞行控制。试验结果表明,提出的设计方法取得了较好全自主飞行控制效果。     

基于Simscape的四旋翼无人机建模与仿真

为了加速并简化四旋翼无人机的设计以及进行相关控制算法的实验仿真和验证,针对四旋翼飞行器的机械结构和飞行原理分析了其系统动力学模型,利用牛顿-欧拉方法推导得到机体非线性动力学方程。为了提高四轴飞行器的建模精度和系统完整性,联合计算机辅助设计(CAD)软件和Matlab/Simscape工具箱进行物理系统建模。利用CAD软件搭建的四旋翼三维实体模型导入到Simscape仿真平台构建四旋翼的机体以及动力系统模型,并在此基础上将Simulink设计的控制算法添加到仿真平台,方便进行实验验证和参数整定。仿真结果表明,所设计的飞行器能够较好地实现悬停和轨迹跟踪,满足系统的控制性能要求。     

四旋翼植保无人机坠落与地面碰撞的模拟实验

四旋翼无人机广泛应用于农药喷洒、病虫害防治等方面。针对四旋翼无人机结构优化和安全飞行方面的问题,从动力学分析层面,模拟在不同高度下,无人机撞击地面对机体本身造成的损害,进而探究四旋翼无人机的安全飞行高度,通过对比不同高度下四旋翼无人机撞击地面的等效应力图示,得出实验结论。对四旋翼无人机设计开发有一定的参考价值。     

四旋翼无人机可视化半实物仿真平台研究

四旋翼无人机的飞行控制是当前无人机研究领域的一个热点,目前的控制设计多采用MATLAB/Simulink进行数值仿真验证,仿真环境中较少考虑机载设备的作用.而在无人机原型开发过程中,又多采用现场调试的方法,不易快速更改控制算法及参数.为提高飞行控制算法开发时的效率,设计并实现了一种四旋翼无人机可视化半实物仿真平台.利用MATLAB实时视窗系统搭建了平台的主框架,将四旋翼无人机的惯性导航传感器及电机控制系统融入平台之中.并且利用了开源飞行模拟软件FlightGear,及对虚拟地球仪软件Google Earth的二次开发,为仿真平台增添了无人机位置、姿态以及航迹的三维可视化显示功能.实验结果表明,该平台运行稳定可靠.     

四旋翼无人机设计要点探究

通过对飞行控制算法、感知技术、能源管理等关键要素进行研究和创新,可以有效解决四旋翼无人机在实际应用中面临的问题,推动无人机技术的发展和应用。在此背景下,探究四旋翼无人机设计的关键要点,以期为其性能优化提供有益的指导和建议。     

多旋翼无人机自适应DUKF姿态估计算法

为解决存在外部加速度和外部电磁场干扰的多旋翼无人机姿态估计问题,首先以四元数为参数建立姿态估计模型,然后使用一种解算精度高、计算量较小的衍生无迹卡尔曼滤波算法(DUKF),在量测更新阶段引入根据残差构造加速度计和磁力计的噪声协方差的自适应策略,提出一种基于DUKF的多旋翼无人机自适应姿态估计算法.通过使用PIX-HAW...     

四旋翼无人机串级模糊自适应PID控制系统设计

四旋翼无人机是一种典型的欠驱动、非线性系统,这类系统要求控制参数能够跟随系统的非线性变化而自适应变化,结合模糊控制和PID控制的优点,提出一种改进型的串级模糊自适应PID控制系统,该系统由角度模糊自适应PID控制、角速度模糊自适应PID控制两部分组成。搭建该控制系统的数学模型,对角度、角速度控制的PID参数进行非线性化模糊整定,通过软件对比仿真角度单级PID控制、角度角速度串级PID控制和角度角速度串级模糊自适应PID控制三种控制策略,仿真结果表明串级模糊自适应PID控制系统的稳定性、快速性和准确性明显优于其余两种控制策略,通过实际飞行试验数据分析表明串级模糊自适应PID控制算法在四旋翼无人机控制系统上能够取得非常理想的控制效果。     

四旋翼飞行器的模糊自抗扰姿态控制

姿态控制作为四旋翼飞行器飞行控制系统的核心,必须具备一定的综合抗干扰能力.针对四旋翼无人机的姿态解耦性、抗干扰性、鲁棒性等问题,提出一种基于模糊自抗扰的姿态控制策略.该策略通过设计跟踪微分器、扩张状态观测器和非线性误差反馈控制律,对系统中的外部扰动和内部扰动进行动态补偿,同时在非线性误差反馈模块的基础上融合了模糊逻辑控...     

自转旋翼无人机的起飞控制研究

以某型自转旋翼无人机作为研究对象,针对自转旋翼无人机起飞过程中的难点,开展自转旋翼无人机的自主起飞控制策略研究,将起飞过程划分为预旋、三轮滑跑、两轮滑跑、离地爬升等多个阶段,并设计各过程的纵向与横侧向控制回路。通过综合仿真实验,验证了所设计控制策略的可靠性与可行性。     

四旋翼无人机路径跟踪控制系统软硬件设计与实验研究

目前传统四旋翼在空中经常受到人为或环境中不确定因素干扰,如果地面控制站不能更直观地显示无人机的实时姿态、位置,飞行中四旋翼无人机容易偏离跟踪的既定路线,无法躲避障碍物,甚至出现姿态不稳导致的无人机损坏.针对此情况,设计开发了一种基于STM32F103RCT6嵌入式微处理器的四旋翼无人机路径跟踪控制系统.详细阐述了该集成控制系统的硬件总体框架、各模块电路设计、软件程序工作流程,利用Matlab2019b仿真软件进行四旋翼无人机的路径跟踪算法仿真实验以确保系统的稳定性和可行性,并以四旋翼样机为实验对象进行了实物测控实验.实验结果表明,所设计的控制系统可以实现自主飞行和轨迹跟踪的期望目标,地面控制站显示界面中可以实时显示四旋翼无人机的实时跟踪路径、姿态角、航速和高度等传感器信息,系统具有一定的实用性.     

四旋翼无人机陀螺阵列数据融合算法

针对目前四旋翼无人机使用单姿态传感器存在的易受噪声干扰、稳定性较差的问题,本文利用陀螺阵列形成多节点、抗干扰、较稳定的多姿态系统,提出基于新型陀螺阵列的四旋翼飞行姿态测量系统,利用多个低精度的微机械电子系统组成测量阵列,提高系统数据的精确性和稳定性,同时文中也提出一种相应的基于邻域搜索的BP网络数据融合算法,解决了BP神经网络传统训练过程需要准确给定输出值的问题,将BP神经网络模型用作陀螺阵列数据的融合处理中。实验结果表明,本文设计的多陀螺阵列系统比单陀螺系统在抗噪声方面有了明显改善,相比传统线性加权融合等算法,本文算法在支持度方面提升9. 2%,残差缩减44. 2%,实物实验表明文中方法对于提高四旋翼无人机的飞行稳定性具有一定的实际意义。     

四旋翼控制系统的硬件电路设计研究

四旋翼飞行器是一种具有四个固定在同一平面上的旋翼的飞行装置。其优势在于机械结构简单,可以垂直起落、悬停,它在民用、军事领域均有广泛的应用。首先分析研究了飞行器的发展现状,及四旋翼的基本原理和坐标系的确定。然后完成了四旋翼飞行器的硬件设计。选择STM32系列芯片作为主控器,完成了飞行器控制模块、姿态解算模块、通信模块、报警模块等的硬件电路设计。     

四旋翼无人机模型参考自适应滑模控制

针对四旋翼无人机的姿态控制与轨迹跟踪问题,提出了一种模型参考自适应滑模控制。考虑到四旋翼无人机模型的不确定性以及所受的外界气流干扰,根据模型参考自适应控制的思想,利用无干扰时的理想参考模型与实际系统的输出偏差对外界气流干扰以及模型不确定的慢时变部分进行自适应估并补偿。同时采用滑模控制来抑制外界干扰和模型不确定性造成的影响,通过Lyapunov理论证明了该算法可以使系统稳定。最后通过对比仿真,验证了所提出算法的有效性和鲁棒性。     

基于改进扩展状态观测器的四旋翼无人机轨迹鲁棒跟踪控制

针对四旋翼无人机在轨迹跟踪过程中会受到内外部扰动、模型误差等不确定性因素的影响,本文提出了一种基于改进型扩展状态观测器的积分滑模控制方案。具体来讲,首先,将四旋翼无人机系统存在的模型误差以及内外部扰动等不确定性因素视作集总干扰,通过借鉴的改进扩展状态观测器对其进行观测;进而,在此基础上,进一步考虑四旋翼无人机系统控制的连续性,基于四旋翼无人机轨迹误差、速度误差、姿态角误差和姿态角速度误差设计积分滑模控制器,分析了系统的稳定性并分别进行了数值仿真和实机实验。结果表明,采用本文算法时,在数值仿真中,各状态跟踪误差不超过1%,跟踪精度最高;在实机实验中,位置跟踪误差总体上能控制在20%以下。因此,本文方法具备有效性和可行性。     

基于改进LK光流的四旋翼无人机悬停技术研究

随着无人机应用场景的不断拓展,在GPS信号不可靠时仍能精确定位是无人机发展要解决的难题。以四旋翼无人机为研究对象,针对传统LK光流法在实际应用中存在定位精度不高的缺点,采用一种用于精确估计的改进LK光流法。该方法针对光流传感器的有限运算能力,采用Shi-Tomasi角点检测算法和双线性差值法提高无人机定位精度和稳定性;在光流计算时,通过建立光流金字塔解决无人机运动产生的大位移问题,并对计算产生的FB误差进行补偿,提高计算精确度;利用无人机硬件平台在室内进行实际飞行验证。结果表明:这种改进的LK光流法定位精度高,在稳定光照条件下能进行精确定位悬停飞行,其定点精度大约为半径40 cm的圆形。     

改进PID控制在四旋翼控制系统中的应用

四旋翼飞行器是一种具有四个固定在同一平面上的旋翼的飞行装置。其优势在于机械结构简单,可以垂直起落、悬停,它在民用、军事领域均有广泛的应用。PID控制是一种经典的控制策略。是按偏差的比例、积分和微分进行的控制。其算法简单,鲁棒性好,可靠性高,被广泛应用与工业生产控制中。对于不完全了解的系统及控制对象,或较难获得系统参数时,PID控制也能起到较好的控制效果。因此在四旋翼飞行器反馈控制系统中应用该控制器。但是单纯的PID控制很难达到较好的效果。本文分析并改进相应的PID达到较好的效果。